Архитектура Аудит Военная наука Иностранные языки Медицина Металлургия Метрология
Образование Политология Производство Психология Стандартизация Технологии


Холодильное технологическое оборудование



Лекция №1

 

Холодильная техника применяется с каждым годом все более широко, захватывая практически все отрасли народного хозяйства. Несмотря на многообразие отраслей и технологических процессов, в которых используется холод, холодильные установки в главных элементах схожи между собой. Основное различие заключено в системах отвода теплоты – охлаждающих системах. В связи с этим, изложение курса «Холодильные процессы и оборудование производства» проводится с общих позиций, без привязки к конкретной отрасли промышленности. Предметом данного курса являются основы производства искусственного холода.

 

Впервые понятия теплоты и холода были даны более двухсот лет назад великим русским ученым М. В. Ломоносовым в его труде «Размышления о причинах теплоты и холода» (1747 г.). Ломоносов писал: «Природа тепла и холода одинакова, а сами понятия относительны».

Этот постулат лежит в основе современного определения понятия « холод », как теплоты, отводимой от тела, температура которого ниже окружающей среды. Сам процесс отвода теплоты называют охлаждением.

Холодильная техника (а в контексте вашей специальности - Холодильные процессы и оборудование производства)занимается изучением вопросов, связанных с охлаждением самых различных тел и поддержанием температуры в пространстве или веществе нижетемпературы окружающей среды.

Если температура тела вышетемпературы окружающей среды, такое тело называют горячим, теплым или нагретым, а самопроизвольное понижение его температуры до температуры окружающей среды называют естественным охлаждением.

Понижение температуры тела нижетемпературы окружающей среды возможно путем искусственного охлаждения, а само тело называют холодным.

Искусственное охлаждение можно осуществлять двумя способами машинным и безмашинным:

Безмашинный способ охлаждения - охлаждение с помощью другого вещества (тела), имеющего более низкую температуру, или передачей тепла при изменении агрегатного состояния холодного тела (охлаждение водным льдом);

Машинный способ охлаждения - охлаждение с помощью специальных охлаждающих устройств - холодильных машин и установок.

Холодильная машина – комплекс технических средств, при помощи которого осуществляется процесс отвода тепла от менее нагретого тела к более нагретому за счет совершения внешней работы.

 

Холодильная установка представляет собой совокупность холодильных машин, аппаратов и сооружений, предназначенных для производства и применения искусственного холода.

В этом смысле холодильная установка в дополнение к четырем основным элементам, составляющим холодильную машину (или в дополнение к основным элементам систем безмашинного охлаждения), включает в себя еще аппараты, приборы, трубопроводы и даже сооружения, необходимые как для совершения технологических процессов при низких температурах, так и для рациональной эксплуатации холодильного оборудования при длительном промышленном использовании.

 

 

Применение холода.

В настоящее время холодильные машины применяют в системах комфортного и технологического кондиционирования воздуха.

В машиностроении и приборостроении холодильные установки всех типов используют для испытаний при низких температурах машин и аппаратов, предназначенных для работы в северных районах.

В строительстве холодильные установки используют для замораживания грунтов при подземных работах (метро), при строительстве туннелей, плотин и др.

Широко используют искусственный холод в химической, газовой и нефтяной промышленности при производстве пластмасс, синтетическо-I о каучука, сжиженного природного газа и др.

Без использования искусственного холода были бы невозможны успехи в современной науке, развитии электронно-вычислительной техники и др.

Особо значительна роль искусственного холода в медицине для сохранения крови, кожи и других органов, используемых для пересадки, а также для искусственного понижения температуры человеческого тела (гипотермия) при операциях.

Кроме того (куда ж без этого) современные достижения в спорте (коньки, хоккей, фигурное катание) стали возможны лишь с использованием искусственных ледяных полей.

Однако, главным потребителем холода является все же пищевая промышленность. Воздействие холода на пищевые продукты, по сравнению с другими методами консервирования, вызывает минимальные изменения их основных свойств: питательной ценности, вкуса, массы, внешнего вида. В общемировом масштабе наблюдается дефицит продуктов питания, обусловленный, прежде всего, ростом населения ряда стран, многие из которых не в состоянии обеспечить себя необходимым рационом питания. В то же время, по данным Международного института холода, ежегодно теряется до 30% (около миллиарда тонн) всех производимых в мире продуктов.

 

Основные продукты питания человека – мясо, рыба, молоко, яйца, овощи, фрукты – относятся к скоропортящимся продуктам. Высокое содержание влаги в этих продуктах создает условия для интенсивного развития микробиологических и биологических (ферментативных) процессов. Под действием микроорганизмов и тканевых ферментов происходит процесс распада сложных органических веществ, являющийся основной причиной порчи пищевых продуктов.

Существует много способов консервирования (т.е. сохранения) продуктов, основанных на воздействии различных, химических и биологических факторов, влияющих на активность микроорганизмов и тканевых ферментов: сушка, соление, вяление, квашение, копчение, пастеризация, стерилизация, обработка холодом и др.

Лучшим способом консервирования является тот, при котором возможно более длительное хранение продукта с наименьшими потерями пищевой ценности и массы. Этим требованиям в наибольшей степени отвечает применение искусственного холода.

Объяснением тому является тот факт, что температура среды существенно влияет на активность, скорость роста и размножения, продолжительность жизни микроорганизмов. Причем одни микроорганизмы проявляют наибольшую активность при более низких температурах, другие – при более высоких. В связи с этим, микроорганизмы, составляющие микрофлору сырых пищевых продуктов, разделяют на три группы: психрофильные (психрофилы), мезофильные (мезофиллы) и термофильные (термофилы). Температурный диапазон активности перечисленных микроорганизмов приведен в таблице 1.1.

 

Таблица 1.1 – Температурный диапазон активности микроорганизмов

Вид микроорганизмов Минимальная температура активности, оС Оптимальная температура активности, оС Максимальная температура активности, оС
Психрофилы 0÷ минус10 15÷ 25
Мезофиллы 20÷ 40
Термофилы 45÷ 60

 

Основные понятия холодильной технологии

На пищевых предприятиях холод используется при промышленном производстве многих пищевых продуктов и при их хранении. Воздействие холодом на пищевые продукты может быть различным, в зависимости от цели. В связи с этим, выделяют два основных понятия холодильной технологии пищевых продуктов: холодильная обработка и холодильное хранение.

Холодильная обработка включает процессы охлаждения, подмораживания, замораживания, домораживания, а также отепления и размораживания. Цель холодильной обработки – изменение температуры продукта как главного параметра холодильной технологии.

Охлаждение – процесс отвода теплоты от продукта с понижением его температуры в толще не ниже криоскопической. Криоскопической называют температуру начала замерзания тканевого сока. Срок хранения охлажденных продуктов не превышает нескольких дней.

Подмораживание – процесс отвода теплоты от продукта с понижением его температуры несколько ниже криоскопической, сопровождающийся частичной кристаллизацией влаги в поверхностном слое. Продолжительность хранения подмороженных продуктов увеличивается в 2÷ 2, 5 раза по сравнению с охлажденными.

Замораживание – процесс отвода теплоты от продукта с понижением температуры в толще значительно ниже криоскопической. При замораживании пищевых продуктов тканевая жидкость, содержащаяся в продукте, превращается в лед. Замораживание продуктов обеспечивает стойкость продуктов при длительном хранении.

Домораживание – понижение температуры продукта до заданного уровня при отводе теплоты от частично замороженного продукта.

Отепление – подвод теплоты к охлажденному продукту с повышением его температуры до температуры окружающей среды или несколько ниже.

Размораживание – подвод теплоты к продукту с целью декристаллизации содержащегося в них льда. При размораживании температура продукта повышается до 0оС, при этом кристаллы льда плавятся, и ткани поглощают влагу.

Отепление и размораживание выполняют перед реализацией, кулинарной или промышленной переработкой. Цель этих операций – доведение продуктов до состояния, близкого к исходному.

Холодильное хранение – это хранение продуктов в охлажденном подмороженном и замороженном состоянии при заданном режиме в камерах хранения. Основная задача холодильного хранения – торможение всех изменений, которые могут произойти в продуктах, с минимальными потерями их массы и питательной ценности.

Под режимом холодильной обработки и холодильного хранения понимают совокупность условий, влияющих на качество и потери пищевых продуктов: вид и состав охлаждающей среды, температура и скорость движения среды, относительная влажность (для воздуха), продолжительность процесса. Задавая режим, указывают также вид упаковки и способ укладки продукта.

 

Типы холодильников.

Необходимые условия должны поддерживаться от момента производства того или иного продукта до момента его употребления. Поэтому в холодильной технике существует такое понятие как непрерывная холодильная цепь, под которой понимают совокуп­ность холодильников различных типов и организацию взаимной связи между ними, благодаря которой пищевые продукты, начиная с момента производства и кончая потреблением, находятся под постоянным воздействием низких температур, что обеспечивает высокое качество продуктов даже при длительном их хранении.

 

Прежде чем рассмотреть различные типы холодильников, следует записать само определение термина холодильник:

Холодильник — это промышленное предприятие, предназначенное для охлаждения, замораживания и хранения скоропортящихся продуктов.

 

Отдельные типы холодильников являются, таким образом, звень­ями непрерывной холодильной цепи. В соответствии с этим раз­личают, следующие типы холодильников.

 

Производственные холодильники, которые предназначены для первичной термической обработки (охлажде­ния и замораживания) пищевых продуктов и находятся в районах производства или заготовки продуктов. Они могут быть цехом какого-либо пищевого предприятия (мясокомбината, молочного комбината и т. п.) или самостоятельным предприятием в месте заготовки, например, рыбы (рыбные заготовительные) или птицы, яиц (птично-яичные) и другой продукции сельского хозяйства. Холодильники этого типа характеризуются большой производи­тельностью устройств для охлаждения и замораживания При относительно небольшом объеме помещений для хранения продуктов

 

Базисные холодильники предназначены для долгосрочного хранения продуктов, поступающих из производ­ственных холодильников, с целью создания резервов. Эти холо­дильники обычно имеют большую емкость помещений для хране­ния продуктов и малую производительность устройств для охла­ждения и замораживания. На таких холодильниках предъявляются повышенные требования к поддержанию постоян­ства температурного и влажностного режимов в охлаждаемых помещениях.

 

Портовые холодильники служат для кратко­срочного анения грузов при их перегрузке с одного вида транс-рта на другой, например с водного на железнодорожный транс­порт и т, п. Строятся такие холодильники в речивое или морских портах. Для них характерны большие объемы грузовых операций, операций по осмотру и сортировке продуктов, для чего предусма­триваются специальные помещения. Особенно высока должна быть степень механизации грузовых работ, в частности для погрузки и разгрузки судов.

 

Распределительные холодильники пред­назначены для равномерного обеспечения городов и промышлен­ных центров сезонными продуктами питания в течение всего года. Так же, как и базисные холодильники, характеризуются относи­тельно большой вместимостью помещений для хранения " продук­тов. Выпуск грузов осуществляется сравнительно равномерно. В средних и крупных промышленных центрах распределительные холодильники часто имеют производственные цехи: производства мороженого, водного льда, твердой двуокиси углерода (сухого льда), фасовки мяса, масла и др. Такие предприятия называют хладокомбинатами.

 

Торговые холодильники служат для кратко­временного хранения продуктов на торговых базах, в магазинах, столовых, ресторанах и т. п. Характерными для этого типа холо­дильников являются повышенные температуры хранения и менее строгие требования в отношении поддержания постоянных усло­вий хранения. К этой же группе холодильных установок отно­сятся также устройства для текущего хранения продуктов в тор­говой сети.

 

Транспортные холодильники предназначены для создания необходимых низкотемпературных условий пере­возки продуктов на разнообразных средствах транспорта. Раз­личают железнодорожный, водный, автомобильный и авиационный холодильный транспорт, а также холодильные контейнеры. Все эти виды холодильных устройств являются связующими элемен­тами между отдельными звеньями непрерывной холодильной цепи. Транспортные холодильники могут предназначаться и для производственных или заготовительных целей. Так, например, имеются промысловые суда, на которых производится заморажива­ние рыбы, передвижные устройства на автомобилях для замора­живания ягод и т. п.

 

Домашние (бытовые) холодильники служат для кратковременного хранения продуктов в домашних условиях и для производства небольшого количества льда. Они являются последним звеном непрерывной холодильной цепи.

 

Все рассмотренные холодильники оснащены тем или иным холодильным оборудованием, принцип действия которого может быть основан на различных способах получения холода.

 

Фазовый переход.

 

Любое вещество может находиться в различных агрегатных состояниях: твердом, жидком и газообразном. При определенных условиях возможно одновременное состояние вещества сразу в нескольких фазах. Например, в жидкой и газообразной, газообразной и твердой, твердой и жидкой фазах. В тройной точке вещество может находиться сразу в трех фазах.

Переход вещества из одного агрегатного состояния в другое называется фазовым переходом. Фазовая диаграмма для чистых веществ показана на рисунке 2

 

Рисунок 1 - Термодинамическая диаграмма состояния вещества.

 

На диаграмме кривая I обозначает равновесие пар-жидкость (кипение-конденсация), кривая II – равновесие жидкость - твердое вещество плавление - кристаллизация), III - равновесие твердое тело-пар (сублимация - десублимация), точка А – тройная точка.

Фазовые переходы сопровождаются процессами выделения или поглощения теплоты без изменения температуры рабочего вещества. В этом случае выделяемая или поглощаемая теплота фазового перехода расходуется на преодоление сил сцепления между молекулами. При выделении теплоты происходит нагрев какого-либо тела, помещенного в рабочее вещество. При поглощении теплоты, наоборот, от тела отнимается теплота и происходит его охлаждение.

К фазовым переходам с выделением теплоты относятся кристаллизация, конденсация, десублимация и др. Такие процессы в холодильной технике для получения низких температур не применяются.

Для получения температур ниже температуры окружающей среды используются фазовые переходы, которые сопровождаются поглощением теплоты. К ним относятся плавление, кипение, испарение и сублимация.

 

1. Охлаждение за счет фазовых превращений. При достижении твердым телом температуры плавления дальнейшего повышения его температуры не происходит, а подводимая (или отводимая) теплота тратится на изменение агрегатного состояния - превращение твердого тела в жидкость (при отводе теплоты - из жидкости в твердое тело). Температура плавления (затвердевания) зависит от вида вещества и давления окружающей среды. При атмосферном давлении (760 мм рт. ст.) температура плавления водного льда равна 0°С. Количество теплоты, необходимое для превращения 1 кг льда в воду (или наоборот), называется скрытой или удельной теплотой плавления r.

для водного льда r=335 кДж/кг

Количество теплоты, необходимое для превращения льда массой М в воду, определяют по формуле:

Q=Mr

Из сказанного следует, что одним из способов искусственного охлаждения является отвод теплоты за счет плавления вещества в твердом состоянии при низкой температуре.

На практике этот способ давно и широко применяют, осуществляя охлаждение с помощью заготовленного зимой с использованием природного холода водного льда или с помощью замороженной в ледогенераторах с использованием холодильных машин воды.

При плавлении чистого водного льда температуру охлаждаемого вещества можно понизить до О °С. Для достижения более низких температур используют льдосоляные смеси. В этом случае температура и скрытая теплота плавления зависят от вида соли и ее содержания в смеси. При содержании в смеси 22, 4 % хлористого натрия температура плавления льдосоляной смеси равна -21, 2°С, а скрытая теплота плавления составляет 236, 1 кДж/кг.

Применяя в смеси хлористый кальций (29, 9%), можно понизить температуру плавления смеси до -55°С, в этом случае

r = 214 кДж/кг.

Сублимация - переход вещества из твердого состояния в газообразное, минуя жидкую фазу, с поглощением теплоты. Для охлаждения и замораживания пищевых продуктов, а также их хранения и транспортировки в замороженном состоянии широко используют сублимацию сухого льда (твердой двуокиси углерода). При атмосферном давлении сухой лед, поглощая теплоту из окружающей среды, переходит из твердого состояния в газообразное при температуре -78, 9 °С. Удельная теплота сублимации t = 571 кДж/кг.

Сублимация замороженной воды при атмосферном давлении происходит при сушке белья зимой. Этот процесс лежит в основе промышленной сушки пищевых продуктов (сублимационная сушка). Для интенсификации сублимационной сушки в аппаратах (сублиматорах) поддерживают с помощью вакуумных насосов давление ниже атмосферного.

 

Испарение - процесс парообразования, происходящий со свободной поверхности жидкости. Его физическая природа объясняется вылетом молекул, обладающих большой скоростью и кинетической энергией теплового движения, из поверхностного слоя. Жидкость при этом охлаждается. В холодильной технике этот эффект используют в градирнях для охлаждения воды и в испарительных конденсаторах для передачи теплоты конденсации к воздуху.
При атмосферном давлении и температуре 0 °С скрытая теплота испарения воды г=2509 кДж/кг, при температуре 100°С г=2257 кДж/кг.

Кипение - процесс интенсивного парообразования на поверхности нагрева за счет поглощения теплоты. Кипение жидкости при низкой температуре является одним из основных процессов в парокомпрессионных холодильных машинах. Кипящую жидкость называют холодильным агентом (сокращенно - хладагент), а аппарат, где он кипит, забирая теплоту от охлаждаемого вещества, - испарителем (название не совсем точно отражает суть происходящего в аппарате процесса). Количество теплоты Q, .подводимое к кипящей жидкости, определяют по формуле:

Q=Mr

где М - масса жидкости, превратившейся в пар. Кипение однородного (" чистого" ) вещества происходит при постоянной температуре, зависящей от давления. С изменением давления меняется и температура кипения. Зависимость температуры кипения от давления кипения (давления фазового равновесия) изображают кривой, называемой кривой упругости насыщенного пара.

 

2. Дросселирование (эффект Джоуля - Томпсона). Еще один из основных процессов в парокомпрессионных холодильных машинах, заключающийся в падении давления и снижении температуры хладагента при его протекании через суженное сечение под воздействием разности давлений без совершения внешней работы и теплообмена с окружающей средой.
В узком сечении скорость потока возрастает, кинетическая энергия расходуется на внутреннее трение между молекулами. Это приводит к испарению части жидкости и снижению температуры всего потока. Процесс происходит в регулирующем вентиле или другом дроссельном органе (капиллярной трубке) холодильной машины.

Выбор холодильных агентов

Выбор хладагента для конкретной холодильной машины — одна из важнейших инженерных задач. При этом учитывают назначение машины, ее холодопроизводительность, условия эксплуатации, стоимость хладагента и разнообразие его свойств. В современной отечественной и зарубежной практике наибольшее применение в стационарных холодильных машинах большой холодопроизводительности для получения температур от 0 до -40°С нашел аммиак. Это связано с его хорошими термодинамическими свойствами и низкой стоимостью. В холодильных машинах малой холодопроизводительности, в бытовых холодильниках, а также транспортных установках используют фреоны. При температурах кипения от -10 до -25°С предпочтение пока отдают R12 из-за его более низкой стоимости и доступности по сравнению с R22, а также более низкой температуры конца сжатия в компрессоре. R22 применяют главным образом в низкотемпературных машинах при температурах кипения ниже -25°С. Наиболее предпочтительным для низкотемпературных одноступенчатых машин малой и средней холодопроизводительности является R502. К сожалению, отечественная химическая промышленность не выпускает его в нужном объеме. Применение фреонов в машинах большой холодопроизводительности сдерживается из-за их текучести (способности проникать через мельчайшие неплотности) и высокой стоимости.

Промежуточные хладоносители

Вещества, с помощью которых теплота передается от охлаждаемых объектов к холодильному агенту, называются промежуточным хладоносителями или теплоносителями.

Для охлаждаемых объектов они являются хладоносителями, а для испарителей холодильных машин – теплоносителями. Хладоносители бывают твердые, жидкие и газообразные. К твердым хладоносителям можно отнести водный лед, эвтектический лед, льдосоляную смесь, конструкционные материалы и т.д. Газообразными хладоносителями являются в основном воздух и специальные газовые смеси. Специальные газовые смеси имеют небольшую концентрацию кислорода и повышенную концентрацию азота и углекислого газа. Они используются редко для длительного хранения отдельных видов экзотических фруктов в герметичных камерах фруктоовощехранилищ. Системы охлаждения с использованием воздуха рассматриваются отдельно и носят название систем воздушного охлаждения. В холодильной технике под промежуточными хладоносителями, как правило, понимаются жидкие хладоносители. К жидким хладоносителям предъявляются следующие требования: большие теплопроводность и теплоемкость; низкая температура замерзания; малые вязкость и плотность; химическая инертность к конструкционным материалам; безвредность для человека; низкая стоимость и другие. В настоящее время пока не существует идиального хладоносителя. В наибольшей степени вышеперечисленным требованиям отвечает вода. Однако она имеет высокую температуру замерзания 0оС. Поэтому вода широко используется в системах кондиционирования воздуха и для охлаждения технологических аппаратов, когда необходимо получить температуру выше 0°С. Для получения более низких температур используются водные растворы солей и этиленгликоля, спирт, высококипящие хладоны и другие вещества.

Температура замерзания водных растворов солей (рассолов) зависит от вида применяемой соли и ее концентрации. Для приготовления рассолов применяются хлористый натрий (NaCl), хлористый магний (MgCl2), хлористый кальций (CaCl2) и другие соли. Чем больше концентрация соли в воде, тем ниже температура замерзания раствора. Однако существует предельная концентрация соли, превышение которой не ведет к снижению температуры замерзания, а наоборот – к повышению температуры замерзания раствора. Такие температура и концентрация называются эвтектическими или криогидратными, а раствор называется эвтектикой. Для водного раствора NaCl эвтектическая температура tэ= - 21, 2°С при эвтектической концентрации xэ=23, 1%, для раствора MgCl2 – tэ= - 33, 6°С при xэ=20, 6%, для раствора СaCl2 – tэ= - 55°С при xэ=29, 9 %.

Большим недостатком рассолов является их коррозирующее действие на металлы, особенно в присутствии воздуха. Уменьшить коррозию металлов можно добавлением в хладоносители ингибиторов и пассиваторов. Эти вещества образуют на металлических поверхностях защитную пленку, замедляющую процесс коррозии. В качестве ингибиторов и пассиваторов используют хромат натрия (Na2CrO4), хромат калия (K2CrO4), бихромат натрия (Na2Cr2O7*2H2O) с едким натром (NaOH), двуметаллический фосфат натрия (Na2HPO4*12H2O) и другие. Применяя пассиваторы необходимо иметь нейтральный или слабощелочной раствор с рН = 8-9. Для увеличения кислотности рассол обогащают углекислым газом. Снизить кислотность можно раствором свежегашеной извести [Са(ОН)2].При увеличении концентрации соли возрастают вязкость и поверхностное натяжение раствора, что приводит к повышению гидравлических потерь в аппаратах и рассольных трубопроводах. Для снижение энергозатрат на привод рассольных насосов в растворы иногда добавляют высокомолекулярные соединения – поверхностно активные вещества (ПАВ) в небольших количествах (0, 03 – 0, 07 %).

Кроме рассолов в холодильной технике в качестве промежуточных хладоносителей используются водные растворы этиленгликоля [C2H4(ОН)2], пропиленгликоля [C3H6(ОН)2], трихлорэтилена (С2НCl3) и др. Из указанных хладоносителей наиболее часто применяется водный раствор этиленгликоля, у которого лучшая корозионная стоикость, меньшая токсичность, большая удельная теплоемкость. Его недостатком является высокая стоимость (примерно в 5 раз выше, чем у рассола). В таблице 3.5. показаны физические свойства водного раствора этиленгликоля.

Этиловый спирт в качестве промежуточного хладоносителя применяется главным образом в медицинских учреждениях для замораживания плазмы крови. Для получения более низких температур порядка – 90÷ – 120°С применяются производные углеводородов (хладоны) R30, R11 и др.

 

Таблица 3.5.Свойства водного раствора этиленгликоля.

 

Концент-рация, % Плотность при 15 оС Темпратура замерзания оС Теплоемкость, кДж/кг∙ К Концент-рация, % Плотность при 15 оС Темпратура замерзания оС Тепло-емкость, кДж/кг∙ К
4, 6 -2 4, 10 27, 4 -15 3, 72
8, 4 -4 4, 06 31, 2 -17 3, 64
12, 2 -5 3, 98 35, 0 -21 3, 57
16, 0 -7 3, 90 38, 8 -26 3, 52
19, 8 -10 3, 86 42, 6 -29 3, 44
23, 6 -13 3, 77 46, 4 -33 3, 35

 

 

Выбор хладоносителей

В холодильных установках крупных холодильников промышленности и торговли в качестве хладо носителей используют в основном рассолы: водные растворы хлористого натрия NaCl и хлористого кальция СаСl2. Последний предпочтительнее из-за более низкой температуры замерзания и меньшей коррозионной активности. Однако он дороже, чем NaCl. Для снижения коррозионной активности в рассолы добавляют специальные ингибиторы, например, кальтозин. Для специальных целей, где требуется хладоноситель с особо низкой температурой, используют этиленгликоль, трихлорэтилен или дихлорметан (R30). Однако их стоимость значительно выше стоимости рассолов.


Лекция №1

 

Холодильная техника применяется с каждым годом все более широко, захватывая практически все отрасли народного хозяйства. Несмотря на многообразие отраслей и технологических процессов, в которых используется холод, холодильные установки в главных элементах схожи между собой. Основное различие заключено в системах отвода теплоты – охлаждающих системах. В связи с этим, изложение курса «Холодильные процессы и оборудование производства» проводится с общих позиций, без привязки к конкретной отрасли промышленности. Предметом данного курса являются основы производства искусственного холода.

 

Впервые понятия теплоты и холода были даны более двухсот лет назад великим русским ученым М. В. Ломоносовым в его труде «Размышления о причинах теплоты и холода» (1747 г.). Ломоносов писал: «Природа тепла и холода одинакова, а сами понятия относительны».

Этот постулат лежит в основе современного определения понятия « холод », как теплоты, отводимой от тела, температура которого ниже окружающей среды. Сам процесс отвода теплоты называют охлаждением.

Холодильная техника (а в контексте вашей специальности - Холодильные процессы и оборудование производства)занимается изучением вопросов, связанных с охлаждением самых различных тел и поддержанием температуры в пространстве или веществе нижетемпературы окружающей среды.

Если температура тела вышетемпературы окружающей среды, такое тело называют горячим, теплым или нагретым, а самопроизвольное понижение его температуры до температуры окружающей среды называют естественным охлаждением.

Понижение температуры тела нижетемпературы окружающей среды возможно путем искусственного охлаждения, а само тело называют холодным.

Искусственное охлаждение можно осуществлять двумя способами машинным и безмашинным:

Безмашинный способ охлаждения - охлаждение с помощью другого вещества (тела), имеющего более низкую температуру, или передачей тепла при изменении агрегатного состояния холодного тела (охлаждение водным льдом);

Машинный способ охлаждения - охлаждение с помощью специальных охлаждающих устройств - холодильных машин и установок.

Холодильная машина – комплекс технических средств, при помощи которого осуществляется процесс отвода тепла от менее нагретого тела к более нагретому за счет совершения внешней работы.

 

Холодильная установка представляет собой совокупность холодильных машин, аппаратов и сооружений, предназначенных для производства и применения искусственного холода.

В этом смысле холодильная установка в дополнение к четырем основным элементам, составляющим холодильную машину (или в дополнение к основным элементам систем безмашинного охлаждения), включает в себя еще аппараты, приборы, трубопроводы и даже сооружения, необходимые как для совершения технологических процессов при низких температурах, так и для рациональной эксплуатации холодильного оборудования при длительном промышленном использовании.

 

 

Применение холода.

В настоящее время холодильные машины применяют в системах комфортного и технологического кондиционирования воздуха.

В машиностроении и приборостроении холодильные установки всех типов используют для испытаний при низких температурах машин и аппаратов, предназначенных для работы в северных районах.

В строительстве холодильные установки используют для замораживания грунтов при подземных работах (метро), при строительстве туннелей, плотин и др.

Широко используют искусственный холод в химической, газовой и нефтяной промышленности при производстве пластмасс, синтетическо-I о каучука, сжиженного природного газа и др.

Без использования искусственного холода были бы невозможны успехи в современной науке, развитии электронно-вычислительной техники и др.

Особо значительна роль искусственного холода в медицине для сохранения крови, кожи и других органов, используемых для пересадки, а также для искусственного понижения температуры человеческого тела (гипотермия) при операциях.

Кроме того (куда ж без этого) современные достижения в спорте (коньки, хоккей, фигурное катание) стали возможны лишь с использованием искусственных ледяных полей.

Однако, главным потребителем холода является все же пищевая промышленность. Воздействие холода на пищевые продукты, по сравнению с другими методами консервирования, вызывает минимальные изменения их основных свойств: питательной ценности, вкуса, массы, внешнего вида. В общемировом масштабе наблюдается дефицит продуктов питания, обусловленный, прежде всего, ростом населения ряда стран, многие из которых не в состоянии обеспечить себя необходимым рационом питания. В то же время, по данным Международного института холода, ежегодно теряется до 30% (около миллиарда тонн) всех производимых в мире продуктов.

 

Основные продукты питания человека – мясо, рыба, молоко, яйца, овощи, фрукты – относятся к скоропортящимся продуктам. Высокое содержание влаги в этих продуктах создает условия для интенсивного развития микробиологических и биологических (ферментативных) процессов. Под действием микроорганизмов и тканевых ферментов происходит процесс распада сложных органических веществ, являющийся основной причиной порчи пищевых продуктов.

Существует много способов консервирования (т.е. сохранения) продуктов, основанных на воздействии различных, химических и биологических факторов, влияющих на активность микроорганизмов и тканевых ферментов: сушка, соление, вяление, квашение, копчение, пастеризация, стерилизация, обработка холодом и др.

Лучшим способом консервирования является тот, при котором возможно более длительное хранение продукта с наименьшими потерями пищевой ценности и массы. Этим требованиям в наибольшей степени отвечает применение искусственного холода.

Объяснением тому является тот факт, что температура среды существенно влияет на активность, скорость роста и размножения, продолжительность жизни микроорганизмов. Причем одни микроорганизмы проявляют наибольшую активность при более низких температурах, другие – при более высоких. В связи с этим, микроорганизмы, составляющие микрофлору сырых пищевых продуктов, разделяют на три группы: психрофильные (психрофилы), мезофильные (мезофиллы) и термофильные (термофилы). Температурный диапазон активности перечисленных микроорганизмов приведен в таблице 1.1.

 

Таблица 1.1 – Температурный диапазон активности микроорганизмов


Поделиться:



Популярное:

Последнее изменение этой страницы: 2016-07-12; Просмотров: 2865; Нарушение авторского права страницы


lektsia.com 2007 - 2024 год. Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав! (0.089 с.)
Главная | Случайная страница | Обратная связь